几种电子测量工具在科学实验中的应用

张景亮

【摘 要】科学来源于生活，用于生活，在科学实验教学中，很多实验材料也来自生活。同样，一些来自生活中的工具也能很好地运用在科学实验里，特别是一些电子测量工具，如电子秤、电子温度计、电子万用表和电子分贝仪等，它们操作简单，使用方便，测量数据精确，可以让实验过程更简短，实验结果更明显，实验方法更多样。

【关键词】小学科学;科学实验;电子测量工具

在2017版的小学科学课程标准里，“小学科学课程是一门实践性课程”[1]被列为了小学科学课程的性质之一，要求把探究活动作为学习科学的重要方式，强调探究实践要从学生熟悉的日常生活出发。而在日常生活中，很多材料都成为了小学科学的实验探究材料，让学生在熟悉的材料里开展探究活动，能让探究活动开展得更顺利、更有效。同样，如果笔者们在实验探究活动中利用一些生活中的电子测量工具（例如厨房用的电子秤，测油温的电子温度计，测声调的分贝仪和电器维修用的数字万用表等）去进行探究活动，可以让实验数据更精确，实验结果更明显，实验过程更简短。

一、电子测量工具结果输出精确，可以避免读数误差

在小学科学实验里，经常会用到温度计、测力计等测量工具，而这些测量工具都是以刻度显示数值的，不仅弄错了刻度代表的数值会造成实验结果错误，就算是看刻度的方法错了，也会出现一定的数值误差。

在教科版小学科学五年级下册《沉和浮》单元中，有很多节课要用到测力计去测量物体在水中受到的浮力，在“下沉的物体是否受到水的浮力”实验中，学生分组去测量体积一样的一块金属块在水中受到的浮力，有的小组测出来的结果是0.1N，有的小组测出结果的是0.09N，有的小组测出的结果是0.11N，为什么会出现这种情况呢？原来是学校实验室配置有三种平板测力计，三种平板测力计的量程分别为0.5N、1N、2.5N，量程为0.5N的测力计每小格代表的数值是0.01，量程为1N的测力计每小格代表的数值是0.05，量程为2.5N的测力计每小格代表的数值是0.1，根据不同的实验需求，笔者会提供不同量程的平板测力计给学生使用，而测量水的浮力要求测量结果比较精确，所以笔者提供了量程为1N的测力计给他们去测浮力。在实验过程中，由于测力计的刻度很密，如果有的小组看测力计时没有平视去看测力计的刻度，而是稍微有点俯视或仰视，实验数据的误差就很容易产生。由于没有平视去看测力计造成的实验数据误差不算很大，如上面提到的0.09、0.1、0.11，相差也就是0.02。但如果是混淆了每格代表的数值，如把量程为1N的测力计每格代表的0.05跟量程为0.5N的测力计每格代表的0.01N混淆了，就会造成很大的误差，这种错误现象在实验中并不少见。为了解决这个问题，笔者采购了一批手提式的电子秤来代替平板测力计进行实验，由于电子秤输出的读数是数字，不存在看错刻度的问题，有效避免了读数误差。

用刻度表示数值的测量工具弄错了刻度代表的数值或者看刻度的方法不正确，都会造成测量数据的差异。而电子測量工具输出的数值都是用数字表示的，1就1，2就2，看见是多少就是多少，还不涉及从哪个角度去看的问题，因此可以有效避免读数的误差，让实验数据更精确有效。

二、电子测量工具反应灵敏，可以让实验结果更明显

小学科学的不少实验是通过实验数据的变化来探究实验变化的，例如有关温度变化的实验和力量变化的实验，但由于实验仪器的反应灵敏度问题，却很难及时看出实验的明显变化。

在教科版小学科学五年级上册《光》单元中，有一个“探究不同颜色物体吸热能力”的实验，方法是用不同颜色的纸或布包着玻璃温度计的液泡，再把包好的温度计放在阳光下面晒，每隔两分钟去记录一次温度计的温度，在实验的前6分钟，可以看到不同颜色材料包住的温度计的温度都在上升，但随着时间的推迟，温度变化就越来越慢，特别是浅颜色的物体，很难看出温度在变化。后来笔者用了电子温度计来做这个实验，温度的变化就明显多了。由于电子温度计最小的温度变化可以精确到0.1℃，当把用不同颜色材料包着的电子温度计放在阳光下时，开始的时候可以看到温度计的数字每隔10秒左右就变一次，特别是深颜色材料包的电子温度计，温度变得特快，就算过了10分钟，电子温度计的温度变化还能看出来，在有云挡住了太阳时，电子温度计的读数变小了都可以显示出来。这比用玻璃温度计来做实验的效果更明显，更容易让学生看得见颜色越深的物体温度升得越快。

在教科版小学科学五年级下册《沉和浮》单元中，在做物体在水中受到的浮力实验时，如果用普通的平板测力计勾着物体慢慢放进水中，测力计的读数变化并不明显，但用手提式的电子秤来做这个实验时，随着物体浸入水中的体积不同，电子秤的读数马上就会不同，及时显示出物体在进入水的过程中浮力的变化情况。

电子测量工具，由于它们反应灵敏，输出数值快，在一些研究实验变化趋势的实验中，差不多可以实时看到实验的变化数据，让实验现象更明显，结果更有效。

三、电子测量工具操作方便，可以让实验过程更简短

生活中的电子测量工具面向的都是普通老百姓，所以都有操作方便的特点，一般都是只有两三个按钮，一是开关键，二是单位转换键，三是复位（归零）键，比起一般的仪器要容易操作，比测力计的归零，天平的平衡调试等要简单多了。

《空气有质量吗》和《一袋空气的质量是多少》是教科版小学科学三年级上册《空气》单元中的两节课，课本的方法是用简易天平去测量小球里的空气质量，由于空气的质量很小，受简易天平的灵敏度等因素影响，很难得出想要的结论，所以课本提示学生在实验失败后可以用天平或电子秤去测量空气的质量，去测量一个加气前和加气后的小球质量。用天平来做这个实验，对于三年级的学生来说难度比较大。一是天平的调试要花不少时间，二是把小球放到天平后，三年级的学生很难再次把天平调平衡。在一节区级的公开课上，为了解决这个问题，老师把每个组的天平都提前调到了平衡状态，这种操作减少了学生的操作难度，却增加了老师的工作量。笔者做这个实验使用了厨房用的电子秤来进行，让学生把加气前的小球放在电子秤上称一次，加满气的小球再放在电子秤上称一次，再把两次称出来的结果相减，就能算出小球里空气的质量。学会这种方法后，再让学生回家测量一袋空气的质量，学生回家会有的用小塑料袋来做，有的用大塑料袋来做，都能测出一袋空气的质量是多少，效果很明显。

电子测量工具有操作简单，使用方便和精度高的特点，把它用在相应的实验中，可以节省实验设备的调试时间，使实验变得简单的同时也大大缩小了实验时间，让课堂实验教学更有效。

四、电子测量工具适应范围广，可以让实验方法更多样。

生活中的电子测量工具由于是在生活中使用，所以一般都没仪器室的测量工具那么“矜贵”，而且使用范围广，量程大，因此可以让实验方法更多样。

在教科版小学科学五年级下册《热》单元中，有一个热传导的实验，实验方法是把一根有孔的铁棒的一端用架子固定，然后再把4根小棒用凡士林或蜡黏在铁棒的小孔里，跟着用酒精灯加热铁棒的另一端，观察小棒掉下来的顺序。这实验看起来很好做，实验结果猜起来也很明显，小棒肯定是从离酒精灯最近的那一根开始依次向着架子的方向逐根掉下来。但在课堂实验中，由于学生在每个孔上用凡士林的量有多有少，出现离酒精灯远的小棒先掉下来的现象也不少，让“在固体中热是从温度高的地方传到温度低的地方”的实验结论大打折扣。为了解决这个问题，笔者考虑到了能不能直接把温度计插进铁棒的小孔去测温度，如果用一般玻璃温度计肯定不行了，除了玻璃可能会爆裂，它的量程也不够，后来笔者就想到了在厨房用来测油温的电子温度计，它的探头是金属做的，量程最高可以测500℃，完全可以胜任这个任务。因此筆者就把4支电子温度计的探头插进了铁棒的4个小孔里，实验结果很明显，离酒精灯火焰最近的那支温度计首先升温，跟着离酒精灯火焰第二近温度计接着升温，最后升温的是离酒精灯火焰最远的那支温度计。当离酒精灯火焰最远的那支温度计开始升温时，离酒精灯火焰最近的那支温度计温度已达285℃，从这个温度来看，一般的玻璃温度计是做不到的。

在教科版小学科学四年级下册《电》单元中，课本提到了电压、电流，电压太高或电流太强都会把小灯泡烧了，但如果只用小灯泡来做实验，学生是看不不到电压电流变化的，所以在实验中笔者用到电子万用表，笔者会把它用在串联电路和串联电池的实验里，在串联小灯泡的实验里，笔者会把电子万用表和小灯泡一起串联到电路中，小灯泡串联得越多，万用表显示的电流就越弱。在串联电池实验里，笔者用它来测串联电池的电压，每串联多一个电池，电压就增加1.5v，从而把看不见的电流和电压可视化，效果很明显。

生活中电子测量工具，为了适应不同的使用情景，它的制作材料、使用条件和测量量程都比实验室里的适用范围更广，根据不同的实验环境去设置，它们可以胜任多种多样的实验。

五、电子测量工具价格便宜，容易普及，但可供选择的种类不多

生活中电子测量工具，为了适应生活需要，进入更多的家庭，一般都是100元以下即可买到，但可以选择到科学实验里用的却不多。笔者在科学实验中除了用到电子温度计、电子秤和电子万用表外，笔者还用到了电子式的分贝仪。

电子式的分贝仪，笔者会用在与声音有关的实验，例如在教科版小学科学四年级上册《声音》单元中，要求学生知道声音有高低、强弱的变化规律，能够想办法让物体发出强弱、高低不同的声音，对于声音的强弱学生很容易理解，但声音的高低却很容易跟强弱混淆，不少学生把声音强的当作了声音高。而在一些声音高低相差不大的实验中，声音的高低学生很难听出来，这时如果用分贝仪来测量，结果很快就会出来，因为它把声音变成了数字，只要通过数字的比较出就能分清哪个声音高，哪个声音低。

通过了好几年的研究实验，笔者用以上几种生活中的电子测量工具去改进和设计了不少实验，并取得了一定的成效。但由于它们都是生活中应用的测量工具，所以在使用中也碰到不少问题，例如电子秤，它有千克、斤和磅这些适合生活使用的单位，却偏偏没有力的单位—牛顿，测磁场强弱和空气浓度等一些较专业的简单电子测量工具在生活中很难碰到，就算有得卖也很贵。一遇到这些问题，笔者就会想到了正在推行而且高大上的数字传感器，它们种类齐全，功能更强，不过价格实在也是太高了，一般的学校根本配置不起，期待有良心企业能生产出一套面向小学科学实验，种类齐全，价格亲民的电子测量工具出来给小学科学老师使用，让小学科学的探究实验更简单、更多样、更有效。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育《小学科学课程标准》2017版：2-2.

（作者单位：广州市越秀区秉正小学）